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アプリケーション・ソリューション

FPD・光源・照明測定システム:Radiant 製品

有機ELディスプレイの品質改善・製造歩留まり向上

有機EL搭載製品を商業化すべく開発が進められていますが、量産技術に課題を残し歩留りの問題で製造コストが圧迫され、有機ELの普及、特に大型ディスプレイでの実用化の妨げになっています。有機ELは次世代のフラットパネルディスプレイとして前途有望ですが、スマートフォン市場を越えて商業化されるには、画質と量産技術に関わる技術的な問題を解決しなければなりません。有機ELメーカーが対面している問題は、特有の課題はあるものの従来の液晶ディスプレイおよびLEDディスプレイ製造において成功を収めた米国Radiant Vision Systems(以下Radiant社)のソリューションを適用することが有効です。
Radiant Vision Systems

はじめに

有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)は、フラットパネル ディスプレイ市場において次世代技術として高い注目を浴びています。有機ELディスプレイではバックライトを不要とするため、消費電力を抑えると共により薄く、軽量なディスプレイを実現します。また有機ELは、優れたコントラスト比に加えて、よりシックなブラックと鮮やかな色を表現する鮮明な映像を提供できます。さらに有機ELは、高速な応答性を持ち、高速映像および3Dビデオにおける残像を実質的に取り除くことが可能です。これらの特徴によりスマートフォンおよび大画面ディスプレイの両方で実用化および普及が期待されています。
 
各メーカーにより有機EL搭載製品を商業化すべく開発が進められていますが、量産技術に課題を残し歩留りの問題で製造コストが圧迫され、有機ELの普及、特に大型ディスプレイでの実用化の妨げになっています。有機ELは次世代のフラットパネルディスプレイとして前途有望ですが、スマートフォン市場を越えて商業化されるには、画質と量産技術に関わる技術的な問題を解決しなければなりません。有機ELメーカーが対面している問題は、特有の課題はあるものの従来の液晶ディスプレイおよびLEDディスプレイ製造において成功を収めた米国Radiant Vision Systems(以下Radiant社)のソリューションを適用することが有効です。

有機EL製造における課題

有機EL(OLED)の製造工程においてディスプレイのサイズにかかわらず、有機EL特有のいくつかの課題が存在すします。
 
■課題1:ライン欠陥(ライン・ムラ)
有機ELの製造工程では、サブピクセルを構成する有機材料を順番に配置します。この工程で完全に配列が均一でない場合、完成時に有機ELディスプレイの水平、垂直、もしくはその両方向のライン・ムラが生じることがあります。
有機ELディスプレイのライン欠陥
図1:補正されていないライン・ムラのある有機ELディスプレイ
 
■課題2:サブピクセルの輝度バラツキ
有機ELは、発光を伴う有機半導体材料を使用し、基板上に薄膜の有機物で形成された複数の層に電流を流すと面発光します。このため、有機ELディスプレイにはバックライトが不要です。バックライトを利用する液晶ディスプレイでは、バックライトが隣接するピクセルの輝度をほぼ均一にするため、通常ピクセル間で同じ輝度を有します。
 
有機ELディスプレイのピクセルは、RGBのサブピクセルで構成されており、各サブピクセルの出力は、個々に制御され、ピクセルレベルでの明るさ(輝度)と色は、サブピクセルの出力の組み合わせによって定められます。製造のばらつきにより、同じ色のサブピクセルに同じ電気信号が入力されても輝度にばらつきが生じることがあり、結果、ピクセル間で輝度のばらつきが生じます。有機ELディスプレイにおいてサブピクセルレベルのばらつきは、液晶ディスプレイと比べて性能に大きな影響を与えます。
 
有機ELディスプレイのサブピクセル組み合わせで色を再現
図2:有機ELディスプレイではサブピクセルを組み合わせて、様々な色および明るさのピクセルを作り出す。
 
課題3:ディスプレイの色ムラ
有機ELディスプレイのサブピクセルにおける不均一な輝度レベルの第二の影響として、ディスプレイ全体における色精度の低下ならびに色ムラが挙げられます。正確かつ均一な色を得るには、各サブピクセルの輝度が厳しい仕様範囲内である必要があります。しかし、どんなに適切に管理された製造工程であっても、有機ELディスプレイのサブピクセルには輝度レベルに著しいばらつきがあるのが実状です。これらのばらつきが補正されない場合、ディスプレイ全体で色の均一性がなくなり所定の性能を満たさないレベルにまで画質が低下し、歩留まりが悪化します。
 
有機ELディスプレイの色むら
図3:有機ELディスプレイのサブピクセルにおける不均一な輝度レベルによる色再現性の低下・ムラ。
 
課題4:ディスプレイ品質検査の自動化
一般的なディスプレイの製造工程では、ビジュアル性能は目視によって検査されるため、検査基準にばらつきが生じ、製品品質にも影響を与える。このことは有機ELディスプレイの量産時により深刻な問題になっています。ディスプレイの均一性の変化や他の欠陥に対する人の視覚認識は、明るさ、色、空間的相関関係を含むたくさんの要因によって左右されるため、シミやムラ等の欠陥は人の視覚に頼る官能検査を置き換えることができず自動化が困難です。しかし目視による検査では、高精細ディスプレイの欠陥検出が困難なことに加えて、一貫性および繰り返し性のある評価を行うことはできません。また検査の自動化ができない代償として量産スピードの低下および検査コストのアップが発生し、新たなソリューションが切望されています。

Radiantのソリューション

Radiant 社では、結像測色法を基にしたイメージング色彩輝度計ProMetric®シリーズで液晶ディスプレイおよびLEDディスプレイ画面の品質向上と製造コスト削減において確かな成功を収めています。検査アプリケーションは、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、モニター、テレビ、そしてデジタル掲示板など幅広く及びます。実績と定評のあるイメージング色彩輝度計を利用した検査システム技術は、有機ELディスプレイ製造の検査に容易に適応可能です。
色彩輝度計:ProMetricシリーズ
 
図4:Radiant 社では異なる解像度および感度が選択可能な業界最多の10種類の異なるイメージング色彩輝度計のモデルを提供し、ディスプレイメーカー毎に要求される測定仕様・精度に応える。
 
ProMetric シリーズは、高感度かつ高精度のCCDをベースにしたイメージング システムで、明るさ(輝度)と色に対する空間分布および角度分布に対してヒトの視覚認識と相関を持つ正確なディスプレイのビジュアル性能測定を提供します。高性能なイメージング色彩輝度計は、有機ELディスプレイにおける個々のサブピクセルの輝度(明るさ)の他、ディスプレイ全体の均一性を正確に測定することが可能です。
 
有機ELディスプレイの測定
図5:イメージング色彩輝度計は有機ELディスプレイ上における各サブピクセルの輝度および色を測定します。
 

TrueTest:ディスプレイ性能自動解析ソフトウェア

Radiant 社製 TrueTestソフトウェアは、ProMetricで測定した高精度のデータを実用的なものにします。TrueTestは、有機ELディスプレイの輝度・色の均一性およびライン・ピクセル欠陥の検出、コントラスト測定など豊富なテストライブラリから複数の検査を選択し、ユーザー定義の合否基準に対して任意の検査シーケンスを実行することで、目視で行っていた複数の検査項目を自動化することが可能です。
 
TrueTestのオプションのTrueMura ™ では、今まで目視に頼らざるを得なかったディスプレイのムラ・シミ解析を実現します。NASA(アメリカ航空宇宙局)が Radiant 社にライセンシングした特許出願中の「StandardSpatial Observer(標準空間観測)」技術に基づいたJND 検出アルゴリズムを採用したTrueMuraは、人には見えないムラを無視して判別可能な異なるムラに対して目視検査と同様にカテゴリ分けおよびランク付けを実施することで有機ELディスプレイのムラを目視と一致した採点方法を実現します。
 
TrueTestでは様々な欠陥および品質問題を識別し、その重度を定量化し、測定結果を同時に評価して合否判別を可能にすることで検査スピードを飛躍的に上げ、量産効率の改善と品質保証をより確実なものにします。
 
補正による歩留まり向上
TrueTestを利用することで有機ELディスプレイ特有の欠陥検出に加えて、ディスプレイ性能の補正法を盛り込むことが可能です。歩留まりを改善する方法として補正または電子補償を実行し、ディスプレイ画質を向上させる手段が存在します。個々のサブピクセルへの電気入力を調整することで、薄暗いサブピクセルを明るくし、有機ELディスプレイ全体で輝度の均一性を改善し、かつ正しい色を表現することができます。
 
有機ELディスプレイに電子補償を行うには、まずディスプレイ内部に個々のサブピクセルの輝度を正確に制御できる電子回路があり、一連のピクセル特有の補正ファクタに基づきこれを調整できなければなりません。次に、測定システムにて個々のサブピクセルの輝度と色を正確に測定し、各サブピクセル固有の補正ファクタを計算し、電子制御回路に補正ファクタを適用する必要があります。この方法は、大型LEDディスプレイに広く使用された方法で、Radiant 社はこの技術を有機ELフラットパネルのディスプレイに適応させています。
 
Radiant 社のProMetric + TrueTestを利用して有機ELディスプレイ組み立て完成後に、三原色および白色のテスト画像を表示させて性能測定および性能向上に必要なディスプレイ校正値の計算を行うことが可能です。例えば、緑のサブピクセルが全てオンにした「緑色の画面」をテスト画像として表示し、イメージング色彩輝度計で緑のサブピクセル毎の輝度を測定し、測定データを記録します。この作業を三原色および白色で繰り返し行い、均一の輝度および色を得られるよう固有の補正ファクタを計算して、各サブピクセルの電気入力に適用します。完成した有機ELディスプレイにこの補正マップを適用すれば、色と輝度の正確性および均一性において大幅な改善を成し遂げられます。正しい電子補償を有機ELディスプレイに適用することで不良品とされていた完成品が良品となり、その結果、検査や品質の基準を下げることなく歩留まりを改善することが可能です。
 
組込みおよびサポート
Radiant 社のProMetric + TrueTestは、研究開発用にスタンドアロン モードでも稼働できるますが、製造ライン向けに生産管理システム(PCS)に統合し完全に自動化された検査を提供することが可能です。TrueTest は API(アプリケーション・プログラミング・インターフェイス)もしくは他の製品システムと統合するシリアル・コマンド・インターフェイスを通した操作が利用可能です。またビデオパターン発生器、バーコード リーダーなどの外部機器と連携するよう設定することも可能です。
 
TrueTestは、複数のディスプレイモデルに関するコンフィグレーション情報、検査パラメータ、合否基準も格納するため、正しいデータファイルを、製造現場でリアルタイムに適用もしくは変更することできます。全てのシステムが同じ校正と検査項目を共有することで、ラインからライン、工場から工場において検査レベルの一貫性を保ちます。欠陥レベルの定量化および測定バラツキの削減による品質保証、さらに検査コストの削減を図れます。
 
Radiant 社のソリューションを製造ラインに導入する際、物理的な組み込みとソフトウェアの組み込みが必要になる。そこで株式会社プロリンクスでは、Radiant 社製品の正規販売代理店として日本でProMetric + TrueTestソリューションのサポートを提供します。株式会社プロリンクスでは、テクニカルサポート、導入支援、メンテナンスおよびキャリブレーション(校正)といったサービスを提供しています。現在Radiant 社のイメージング色彩輝度計は、国内を含めて世界中の製造ラインにて数千の導入実績を誇り、有機ELディスプレイを含めた各種ディスプレイの量産技術を支援します。

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